CAMPANO (Samanea saman) PROPIEDADES FISICOQUÍMICAS Y ANÁLISIS
PROXIMAL DE LA TORTA
DARIO JOSÉ DORIA DURANGO
JESÚS MANUEL DURANGO GALEANO
JENNIFER LAFONT MENDOZA, DRA.
CAMPANO (Samanea saman) PROPIEDADES FISICOQUÍMICAS Y ANÁLISIS
PROXIMAL DE LA TORTA
Trabajo de grado en modalidad monografía como requisito para optar al
título de químico
JENNIFER LAFONT MENDOZA, DRA
DEDICATORIA
mi camino a aquellas personas que han
sido mi soporte y compañía durante esta
etapa de mi vida.
motivarme y ser el pilar fundamental de
mi vida, sin su ayuda, comprensión y
consejos jamás habría logrado alcanzar
este logro.
persona presente en todos los momentos
de mi vida. Y brindarme apoyo siempre
incondicionalmente que lo necesité
demás familiares por su apoyo y
comprensión.
apoyo extraordinario que me brindaron
durante este largo viaje
octaviano y Álvaro por todas las
enseñanzas y lecciones de vida
aprendidas.
grado Jesús Durango por tener la
paciencia, comprensión y fortaleza
presentado en la finalización de este
proyecto.
afrontar las adversidades que se
presentaron en la realización de este
sueño.
Durango por siempre creer en este sueño,
por su esfuerzo, comprensión y apoyo
incondicional. Gracias a ellos he podido
culminar con gran satisfacción esta etapa
de mi vida.
familia porque cuando tenía
brindar su ayuda y buenos deseos.
A estas personas que desde el inicio de
este camino nunca me dejaron solo,
siempre me extendieron su mano cuando
la necesite y por su ayuda desinteresada
estaré eternamente agradecido. Manuel
Benavides.
grado por darme la oportunidad de
emprender este sueño juntos y por nunca
desistir cuando se presentaron
comprensión, gracias Darío Doria.
AGRADECIMIENTOS
Primero darle gracias a Dios por darnos la fuerza, el conocimiento y la tenacidad
para superar los obstáculos que se presentaron y así poder cumplir este sueño.
A nuestras familias por todo el apoyo y esfuerzo que nos brindaron para alcanzar
este gran logro, gracias por los sacrificios y la paciencia que demostraron en todos
estos largos años ayudándonos a culminar esta etapa de nuestras vidas.
A la profesora Jennifer Lafont Mendoza (Ph.D), agradecerle por su tiempo, apoyo,
orientación, dirección, colaboración y sabiduría que nos trasmitió en cada uno de
los pasos para el desarrollo de este trabajo.
Gracias al grupo de Investigación de Fisicoquímica Orgánica a los profesores Luis
Carlos Durango y a la profesora Andrea Espitia por todos los conocimientos
brindados que fueron de mucha ayuda para culminar este trabajo de grado.
A nuestros amigos y compañeros Saira Díaz, Yuris Benavides, Manuel Martínez,
Luis Vertel, Dioris Matos, María Lara, Daniela Ibáñez, Tania Humanez, María León,
José Acuña, Octaviano contreras, Luis Escobar, Álvaro Tirado, Cristian Cardona,
José Almario, José Jiménez, Alonso Arteaga, Albert Ortiz, Estefanía Vargas,
Yargelys López y Anderson Peinado gracias por su apoyo, compresión y
colaboración.
A la Universidad de Córdoba por permitir formarnos como profesional, al cuerpo
docente de la universidad presente en nuestra carrera, los cuales contribuyeron con
el desarrollo de esta meta.
Infinitas gracias a cada una de las personas que hicieron posible la realización de
este trabajo.
RESUMEN
En el siguiente trabajo se realizó una revisión bibliográfica detallada de los análisis
fisicoquímicos del aceite y análisis proximal a la semilla del fruto de campano
(Samanea saman) así mismo se muestran sus propiedades y la composición
química y nutricional del aceite extraído de estas semillas por medio de análisis
espectroscópicos.
Para la obtención del aceite de la semilla se especificaron los métodos de extracción
comúnmente utilizados, entre los cuales tenemos: mecánica o prensado, la
extracción por solvente y la extracción por fluidos supercríticos.
Promediando los resultados del análisis químico de la semilla de Samanea saman
de varios autores. El contenido de humedad es 9.68 ± 0.113, de grasa cruda 6.215
± 1.2, proteína cruda 23.62 ± 0.2 y contenido de humedad 9.68 ± 0.113. El aceite
de semilla contiene índice de saponificación 195.775± 2.2, índice de yodo 94.81 ±
1,95 y índice de peróxido 5.28 ± 0.36 y acidez de 7.28 ± 0.45.
En el análisis espectroscópico del aceite de la semilla de Samanea saman, 2011
Adewuyi et al. Reporto un 60% de ácidos graso insaturado y un 40% de ácidos
grasos saturados, y en 2014 Rath et al. Reporto 68.96% de ácidos graso insaturado
Y 30.04% de ácidos graso saturado. Donde está mayor mente constituido por ácido
linoleico y oleico.
SUMMARY
In the following work, a detailed bibliographic review of the physicochemical
analyzes of the oil and proximal analysis of the seed of the bell fruit (Samanea
saman) was carried out, as well as its properties and the chemical and nutritional
composition of the oil extracted from these seeds by means of spectroscopic
analysis.
To obtain the seed oil, the commonly used extraction methods were specified,
among which we have: mechanical or pressing, solvent extraction and supercritical
fluid extraction.
Averaging the results of the chemical analysis of the Samanea saman seed from
various authors. The moisture content is 9.68 ± 0.113, of crude fat 6.215 ± 1.2, crude
protein 23.62 ± 0.2 and moisture content 9.68 ± 0.113. The seed oil contains
saponification index 195,775 ± 2.2, iodine index 94.81 ± 1.95 and peroxide index
5.28 ± 0.36 and acidity of 7.28 ± 0.45.
In the spectroscopic analysis of seed oil from Samanea saman, 2011 Adewuyi et al.
I report 60% unsaturated fatty acids and 40% saturated fatty acids, and in 2014 Rath
et al. I report 68.96% of unsaturated fatty acids AND 30.04% of saturated fatty acids.
Where it is mainly made up of linoleic and oleic acid.
Key words: Campano, proximal analysis, fatty acids, oil.
TABLA DE CONTENIDO
1.1. Objetivo general ......................................................................................... 3
1.2. Objetivos específicos ................................................................................. 3
2. CAPITULO I. GENERALIDADES DE LOS ACEITES Y LAS GRASAS .......... 4
2.1. Definición de grasas y aceites .................................................................... 4
2.2. Fuentes de obtención de grasas y aceites ................................................. 4
2.2.1. Fuentes de origen vegetal ................................................................... 5
2.2.2. Fuentes de origen animal .................................................................... 6
2.3. Naturaleza química de las grasas y los aceites.......................................... 7
2.3.1. Triglicéridos. ........................................................................................ 7
2.5. Propiedades y reacciones químicas de los ácidos grasos ....................... 11
2.5.1. Estructura .......................................................................................... 11
2.5.3. Hidrólisis ácida ...................................................................................... 12
2.5.5. Oxidación ........................................................................................... 14
2.5.7. Descomposición térmica .................................................................... 15
2.6.1. Color. ................................................................................................. 16
2.6.6. Humedad y materia volátil ................................................................. 18
2.6.7. Índice de Acidez ................................................................................ 19
2.6.8. Índice de Saponificación .................................................................... 19
2.6.9. Índice de Yodo ................................................................................... 20
2.6.10. Índice de peróxidos ............................................................................ 20
2.7. Usos y aplicaciones de los aceites vegetales........................................... 20
2.7.1. Elaboración de pinturas, gomas y barnices ....................................... 21
2.7.2. Elaboración de jabones ..................................................................... 21
2.7.3. Usos cotidianos como la elaboración de las comidas ........................ 21
2.7.4. Elaboración de margarinas y mantequillas ........................................ 22
2.7.5. Elaboración de productos cosmetológicos......................................... 22
2.7.7. Elaboración del biodiesel ................................................................... 23
3. CAPITULO II. MÉTODOS DE EXTRACCIÓN DE ACEITES DE SEMILLAS
OLEAGINOSAS .................................................................................................... 25
3.1.1. Limpieza ............................................................................................ 25
3.1.4. Tratamiento térmico de las semillas oleaginosas .............................. 26
3.2. Métodos de extracción de los aceites vegetales ...................................... 27
3.2.1. Prensado ........................................................................................... 27
3.2.3. Extracción con fluidos supercríticos: .................................................. 39
3.2.4. Tipos de extracción de los aceites vegetales, técnicas empleadas,
ventajas y desventajas.................................................................................... 41
4. CAPITULO III: SEMILLA DEL ÁRBOL DE CAMPANO COMO MATERIA
PRIMA UTILIZADA EN LA OBTENCIÓN DE ACEITE. ........................................ 43
4.1. Características generales del árbol de campano ..................................... 43
4.2. IDENTIDAD .............................................................................................. 44
4.3. Taxonomía ............................................................................................... 45
4.6. UTILIDADES ............................................................................................ 52
4.9. Composición química de fruto de Samanea saman ................................. 54
4.10. COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL ACEITE DE Samanea saman ............ 56
5. CAPITULO IV: ANÁLISIS EMPELADOS PARA DETERMINAR LAS
PROPIEDADES FISICOQUÍMICAS DEL ACEITE DE SEMILLA DE CAMPANO 57
5.1. Importancia............................................................................................... 57
5.2.1. Reactivos ........................................................................................... 58
5.2.2. Equipo ............................................................................................... 58
5.2.3. Procedimiento .................................................................................... 59
5.2.4. Calculo ............................................................................................... 59
5.3.1. Reactivos ........................................................................................... 60
5.3.2. Equipo ............................................................................................... 61
5.3.3. Procedimiento .................................................................................... 62
5.3.4. Calculo ............................................................................................... 62
5.4.1. Reactivos ........................................................................................... 63
5.4.2. Equipo ............................................................................................... 64
5.4.3. Procedimiento .................................................................................... 64
5.4.4. Calculo ............................................................................................... 65
5.5.1. Reactivos ........................................................................................... 65
5.5.2. Equipo ............................................................................................... 66
5.5.3. Procedimiento .................................................................................... 66
5.5.4. Calculo ............................................................................................... 67
5.6.1. Reactivos ........................................................................................... 68
5.6.2. Equipo ............................................................................................... 69
5.6.3. Procedimiento .................................................................................... 69
5.6.4. Calculo ............................................................................................... 70
5.7.1. Equipos .............................................................................................. 71
5.7.2. Procedimiento .................................................................................... 72
5.8. Determinación del contenido de humedad y materia volátil ..................... 74
5.8.1. Método A ........................................................................................... 74
5.8.2. Método B ........................................................................................... 75
5.8.3. Método para el cálculo de los resultados ........................................... 76
5.9. Estudios reportados sobre el perfil de ácidos grasos presentes en el aceite
de la semilla de campano .................................................................................. 77
5.10. Identificación del Perfil de ácidos grasos .............................................. 77
5.10.1. Cromatografía de Gases ....................................................................... 78
5.10.2. Espectrometría de masas (MS) ......................................................... 79
5.10.3. Cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masa (CG-
EM) 79
5.10.4. Estudios reportados sobre el perfil de ácidos grasos presentes en el
aceite de la semilla de campano ..................................................................... 80
6. CAPITULO V: ANÁLISIS PROXIMAL, PARÁMETROS PARA OBSERVAR
EL VALOR NUTRICIONAL DE LA SEMILLA CAMPANO ................................... 84
6.1. Determinación de proteínas. .................................................................... 84
6.1.1. Método microkjeldhal, Principio ......................................................... 85
6.1.2. Equipos y materiales ......................................................................... 85
6.1.3. Reactivos ........................................................................................... 85
6.1.4. Procedimiento .................................................................................... 86
6.1.5. Cálculos ............................................................................................. 88
6.2.1. Principio ............................................................................................. 90
6.2.3. Reactivos ........................................................................................... 90
6.2.4. Procedimiento .................................................................................... 91
6.2.5. Cálculos ............................................................................................. 91
6.3.1. Principio ............................................................................................. 92
6.3.3. Reactivos ........................................................................................... 93
6.3.4. Procedimiento .................................................................................... 93
6.3.5. Cálculos ............................................................................................. 93
6.4.1. Principio ............................................................................................. 94
6.4.3. Reactivos ........................................................................................... 95
6.4.4. Procedimiento .................................................................................... 95
6.4.5. Cálculos ............................................................................................. 95
6.5. Determinación de carbohidratos............................................................... 95
6.6.1. Principio ............................................................................................. 96
6.6.3. Procedimiento .................................................................................... 97
6.7. Estudios reportados del análisis proximal de la semilla de campano. ...... 97
CONCLUSIÓN ...................................................................................................... 99
APORTES ........................................................................................................... 100
BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................. 101
Pág.
Figura 1. Esteres de ácidos grasos (grasas o aceites, acilglicerido). ..................... 8
Figura 2. Ácido graso saturado. .............................................................................. 9
Figura 3. Ácido graso insaturado. ........................................................................... 9
Figura 4. Ácidos grasos insaturado. ..................................................................... 10
Figura 5. Estructura de un éster de ácido graso. .................................................. 11
Figura 6. Reacción de saponificación. .................................................................. 12
Figura 7. Hidrólisis acida de una grasa o aceite. .................................................. 12
Figura 8. Reacción de hidrogenación. .................................................................. 13
Figura 9. Reacción correspondiente a la determinación del índice de yodo de una
grasa o aceite por el método de Hanus. ................................................................ 13
Figura 10. Esterificación de ácidos grasos con catálisis ácida. ............................ 15
Figura 11. Trans-Esterificación de lípidos por catálisis ácida. .............................. 15
Figura 12. Reacción de descomposición térmica. ................................................. 16
Figura 13. Viscosímetro de Ostwald. .................................................................... 17
Figura 14. Mecanismo de Transesterificación para obtención de biodiesel. ......... 24
Figura 15. Esquema de una prensa hidráulica artesanal (Torres, A.; 2018)......... 28
Figura 16. Esquema de dispositivos de cajetines para el empleo en prensas de tipo
abierto. .................................................................................................................. 29
Figura 17. Prensa de jaula tipo cerrado. ............................................................... 30
Figura 18. Esquema de la prensa filtro utilizada para la extracción de aceites
vegetales comestibles. .......................................................................................... 31
Figura 19. Esquema de la prensa cilindro con agujeros utilizada para la extracción
de aceites vegetales comestibles .......................................................................... 32
Figura 20. Esquema del equipo de extracción por solventes (extractor Bollman). 35
Figura 21. Esquema del equipo de extracción por solventes (extractor de Smet).36
Figura 22. Esquema del equipo de extracción por solventes (Soxhlet) ................ 37
Figura 23. Diagrama de fases de una sustancia pura .......................................... 39
Figura 24. Diagrama básico equipo de fluidos supercríticos ................................ 41
Figura 25. Árbol de Samanea saman. .................................................................. 47
Figura 26. Flor, fruto y semilla de Samanea saman ............................................. 50
Figura 27. Distribución global de Samanea saman. ............................................. 52
Figura28. Picnómetro Jaulmes...………………………………………………………68
Figura 29. Picnómetro Gay – Lussac................................................................... 72
Figura 30. Diagrama de los elementos básicos de un cromatógrafo de gases .... 78
Figura 31. Reacción en la digestión. .................................................................... 87
Figura 32. Reacción que sucede en la destilación. .............................................. 88
Figura 33. Reacción que sucede en la titulación. ................................................. 88
LISTA DE TABLAS
Pág.
Tabla 1. Principales materias primas para la producción de biodiesel.. ................ 24
Tabla 2. Tipos de extracción de los aceites vegetales comestibles, técnicas
empleadas, ventajas y desventajas.. ..................................................................... 42
Tabla 3. Clasificación taxonómica de Samanea saman ........................................ 46
Tabla 4. Composición química del fruto de Samanea saman ............................... 55
Tabla 5. Resultados de Análisis Bromatológico de Samanea saman. .................. 55
Tabla 6. Perfil de ácidos grasos del aceite de semilla de Samanea saman.......... 56
Tabla 7. Masa de la porción de ensayo ................................................................ 64
Tabla 8. Masa de la porción de ensayo ................................................................ 69
Tabla 9. Composición fisicoquímica del aceite extraído de la semilla de Samanea
saman.................................................................................................................... 77
Tabla 10. Ácidos grasos presentes en el aceite de semilla de Samanea saman .. 81
Tabla 11. Perfil de ácidos grasos presentes en el aceite de la semilla de S. saman
.............................................................................................................................. 82
Tabla 12. Perfil de ácidos grasos reportados en el aceite de la semilla de S.
saman.................................................................................................................... 83
Tabla 13. Datos reportados del análisis proximal de la harina de semilla de
Samanea Saman ................................................................................................... 98
PM: partículas móviles.
Pc: Presión crítica.
Tc: Temperatura crítica.
Pt: Punto triple.
CG: Cromatografía de gases.
EM: Espectrometría de masas.
In: pulgada.
IV: Índice de yodo.
Is: Índice de Saponificación.
: Densidad.
ELN: Extractos libres de nitrógeno.
1
INTRODUCCIÓN
Colombia es considerado uno de los países más mega diversos en el mundo, cuenta
con miles de especies de plantas que hacen de su riqueza natural un objetivo para
las necesidades del hombre; es un país donde se aprovecha de forma sostenible
todos sus recursos naturales e impulsan la investigación, innovación y aplicación de
estos recursos para un mejor desarrollo del país.
Colombia también posee una gran variedad de ecosistemas distribuidos en todas
sus regiones, como en el caso del departamento de Córdoba que se ubica al
noroccidente de Colombia, rico en biodiversidad y de clima tropical como selvas,
bosques montañosos y sabanas
Con una variedad de plantas que no han sido estudiadas en su totalidad, un ejemplo
es Samanea saman perteneciente a la familia de las Fabaceae del orden Fabales y
genero Samanea; es nativo al área desde la Península de Yucatán en México, a
través de Guatemala hasta Perú, Colombia y Brasil (Delgado et al., 2014).
El campano es un árbol grande, dominante, de copa umbeliforme y simétrica,
ramifica a poca altura, formando una copa ancha o extendida en forma de paraguas;
su tronco puede tener hasta 55 cm de diámetro, la corteza es de color gris negruzca,
áspera, fisurada, con hendiduras horizontales, desprendible, internamente blanco -
rosada y fibrosa, de sabor amargo; produce frutos secos, indehiscentes, tipo vaina,
aplanado pero grueso, de 10 a 20 cm de largo y de 1 a 2 cm de ancho; de color café
castaño, de forma recta a curvadas, con pulpa interna pegajosa, muy dulce y
comestible (Rojas et al., 2014).
La Samanea saman es aprovechada útilmente por los gremios ganaderos como
árbol de sombra por sus grandes proporciones, así mismo las legumbres largas y
negras son muy apreciadas para forraje; las vainas son un importante suplemento
para el ganado durante la estación seca y la madera es de alta calidad para muchos
propósitos, también proporciona leña y carbón; sus hojas son relativamente no
2
palatables por lo que no se usan como forraje a pesar de su elevado valor nutritivo
y digestibilidad.
Debido a que en la región se desconoce el potencial que tiene la semilla, este está
siendo desaprovechado, por tal razón, se llevó a cabo una revisión bibliográfica del
estudio químico del aceite extraído de las semillas de Samanea saman como
también el análisis proximal de su torta, con el fin de dar un valor agregado a la
planta y ampliar su uso, para que la semilla sea comercializada ayudando así al
crecimiento económico de los habitantes del departamento de Córdoba.
3
• Describir los métodos de extracción, caracterización del aceite y análisis
proximal de la torta de la semilla de Samanea saman, mediante el estudio
de la composición química del aceite, de sus propiedades fisicoquímicas
y perfil nutricional de la torta, con el fin de proponer otros usos a nivel de
la región.
1.2. Objetivos específicos
• Analizar los métodos de prensado y solvente para la extracción del aceite
de la semilla de Samanea saman.
• Describir los análisis fisicoquímicos del aceite de la semilla de Samanea
saman.
• especificar los ácidos grasos presentes en el aceite de Samanea saman,
mediante la técnica de cromatografía de gases acoplados a
espectrometría de masas.
• Detallar los diferentes parámetros del análisis proximal de la semilla de
Samanea saman para observar su valor nutritivo.
4
2. CAPITULO I. GENERALIDADES DE LOS ACEITES Y LAS GRASAS
2.1. Definición de grasas y aceites
Son compuestos procedentes de los vegetales o animales y que están formados en
su mayor parte (90 a 95%) por triglicéridos (ácidos grasos), siendo otros de sus
componentes los esteroles, tocoferoles, fosfoglicéridos, alcoholes grasos, entre
otros; se denomina aceites a los compuestos descritos, que son líquidos a
temperatura ambiente y los sólidos son denominados grasas a la misma
temperatura (Mcmurry, 2012).
Las grasas vegetales se encuentran predominantemente en las semillas y en las
Frutas (En su carne), pero también existen en las raíces, ramas y hojas de las
Plantas. En algunas semillas, como por ejemplo en la mayoría de los cereales, las
Grasas se encuentran casi exclusivamente en el germen (embrión). Las grasas
también son producidas por ciertas bacterias, hongos y levaduras, recientemente
este hecho ha sido objeto de considerables investigaciones (Rojas, 2019)
2.2. Fuentes de obtención de grasas y aceites
Los lípidos son moléculas hidrófobas que pueden originarse a través de
condensaciones de tioésteres o unidades de isopreno. Estos compuestos tienen
acciones como: aportadores de energía, estructuradores de la membrana celular,
protectores de órganos, mediadores hormonales, entre otros, por lo que se
convierten en indispensables para la vida (Serrano & Calle, 2014).
Dentro de los lípidos se consideran diversas moléculas que tienen en común ácidos
grasos en su estructura química. Incluye productos tales como triglicéridos o grasas
neutras (molécula formada por tres ácidos grasos unidos mediante un enlace éster
a glicerol), lípidos estructurales (tales como las lecitinas en las cuales uno de los
ácidos grasos es sustituido por un grupo fosfórico), ceras (ésteres de alcoholes de
cadena larga de origen vegetal), ácidos grasos libres (procedentes de los procesos
de refinado de la industria de aceites comestibles y otras) y jabones cálcicos
(molécula sin glicerol y con los ácidos grasos saponificados por el ion calcio) (Duarte
et al., 2016).
2.2.1. Fuentes de origen vegetal
Las fuentes más abundantes de los aceites vegetales son las semillas de los frutos
y los pericarpios oleaginosos. Entre los más usados están: (canola, oliva, girasol y
soja, entre otros). Usualmente los que se utilizan para fines comestibles son
consumidos directamente o usados como ingredientes en las comidas. Se extraen
por medios mecánicos, en este método las semillas y frutos oleaginosos se someten
a un proceso de prensado. (Aleman et al., 2009)
Aceite de canola: (Brassica napus) es una planta oleaginosa muy difundida
en el mundo de la cual se obtiene un aceite esencial comestible de excelente
calidad. Sus semillas se componen aproximadamente de 55% de aceites y
20% de proteínas. El aceite de canola contiene principalmente ácido
linolenico (C18:3), ácido linoleico (C18:2) y ácido oleico (C18:1), a unos
niveles de 8% 14% y 45%-65%, respectivamente. Así como también,
contiene otros ácidos como el ácido palmítico, ácido esteárico y ácido
erúcico, cada uno de los cuales se encuentra en diferentes proporciones
dependiendo de algunos factores, como el método de extracción utilizado
(Pantoja & Maldonado, 2012)
Aceite de oliva: El aceite de oliva (AO) es un aceite vegetal de uso
principalmente culinario extraído del fruto del Olivo (Olea europaea) también
conocido como aceituna presenta un alto contenido en ácido oleico (60-80%)
y riqueza en componentes menores, incluyendo tocoferoles y compuestos
fenólicos, que otras semillas aceites carecen (Cicerale et al., 2009, Paucar et
al., 2015)
Aceite de girasol: Se obtiene mediante el prensado de las semillas de
girasol (Helianthus Annuus). Contiene un 63-78% de ácido linoleico y bajo
contenido de ácido alfa linolénico. (0,06%), el aceite de girasol se caracteriza
por una alta relación AL/ALA (1.052/1). El ácido oleico y ácido esteárico son
6
los principales ácidos grasos mono insaturados y ácidos grasos saturados,
respectivamente. El aceite de girasol contiene una buena cantidad de C 18:2,
trans-9, cis-12, equivalente al 0,3% de los ácidos grasos totales, así también
presenta una no despreciable cantidad de Ácido Linoleíco Conjugado (ALC)
(C18:2, 9c-11t) (Druart et al., 2014; Duran et al., 2015).
Aceite de soja: Es el producto a partir del prensado del frijol de soja (Glycine
max). Industrialmente, forma parte de alimentos para humanos y animales
(Henkel, J.; 2003). El aceite de soja presenta altos niveles de ácidos grasos
poliinsaturados, siendo el ácido linoleico el principal (53%), ácido oleico 22%
y ácido alfa linolénico (0,05%) y ácido palmítico (16,6%) (Li, Y., et al; 2014).
Y se utiliza principalmente para freír y cocinar, aunque presenta una
estabilidad térmica inferior a otros aceites (Duran et al., 2015)
2.2.2. Fuentes de origen animal
Estos aceites están distribuidos uniformemente en los tejidos y también se les
encuentra concentrado en el hígado de algunas especies como el bacalao.
Usualmente son utilizados los aceites extraídos de peces, ya que estos son ricos en
vitaminas liposolubles y ácidos grasos esenciales altamente poli insaturados de la
serie omega-3 tales como los ácidos eicosapentaenoico (EPA) y docosahexaenoico
(DHA) (Aleman et al., 2009).
Aceite de pescado: El aceite de pescado en los últimos años ha tenido un
significativo incremento de consumo, debido a su reconocimiento por sus
múltiples beneficios nutricionales. El aceite de sábalo, sardina, pescado
japonés, arenque y salmón son los principales en importancia comercial
(Rojas, 2019). Tradicionalmente los aceites de origen animal son extraídos
por calentamiento de los tejidos, lo que permite su separación de las
proteínas y de otros componentes como ácidos grasos libres y agua (Torres
et al., 2013).
7
Aceite de ballena: es obtenido a partir de estos grandes mamíferos marinos,
este aceite de color claro, presenta un bajo contenido en ácidos grasos libres
y es bastante insaturado, mediante hidrogenación se reduce su grado de
instauración, transformándose en una grasa saturada, usualmente es
utilizado para la fabricación de velas (Ortuño, 2006).
Grasas de Cerdo: Los cerdos contienen grasa de depósito localizada
principalmente como capa subcutánea, aunque ésta también se encuentra
presente entre los músculos como reserva intermuscular y en la cavidad
corporal alrededor de los riñones, región pélvica y corazón. Los principales
ácidos grasos saturados (AGS) de la carne porcina son de mayor a menor
concentración palmítico (C 16:0), esteárico (C 18:0) y mirístico (C 14:0). El
ácido oleico (C 18:1) es el monoinsaturado (AGMI) más abundante seguido
del palmitoleico (C 16:1). Los ácidos linoleico (C 18:2), linolénico (C 18:3) y
araquidónico (C 20:4) son los principales polinsaturados (AGPI). Los AGS y
AGMI son los mayoritarios en los triglicéridos de la grasa de la carne (Braun
& Pattacini, 2013).
Grasas de ganado: La grasa en la carne está presente de tres formas
distintas; como grasa intramembranar, en la forma de fosfolípidos; como
grasa intermuscular (IMF) y como grasa subcutánea. Los ácidos grasos en
la carne bovina pueden ser clasificados en: saturados e insaturados, estos
últimos divididos en: mono insaturados y poli insaturados, los cuales se
subdividen en 6 (ω6) y Omega3 (ω3) (Castañeda & Peñuela., 2010).
2.3. Naturaleza química de las grasas y los aceites
2.3.1. Triglicéridos.
Químicamente se podría definir a los triglicéridos como la unión de tres ácidos
grasos a una molécula de glicerina (Tórrez, 2015). Las grasas son triglicéridos,
como su nombre implica, los ácidos grasos son derivados de las grasas, los cuales
son esteres del glicerol con tres moléculas, generalmente diferentes (Rojas, 2019)
8
Los triglicéridos son de gran importancia en el desarrollo de nuestro organismo
debido a su alto contenido de energía, está presente en los aceites vegetales y en
las grasas por lo que es importante no excederse en su consumo (Torres et al.,
2013).
Figura 1. Esteres de ácidos grasos (grasas o aceites, acilglicerido) (Mcmurry, 2012).
2.3.2. Ácidos Grasos
Los ácidos grasos son moléculas formadas por largas cadenas hidrocarbonadas,
de estructura lineal, usualmente con un número par de átomos de carbono, y en un
extremo un grupo carboxilo. Su fórmula química es CH3(CH2)nCOOH, (n indica la
cantidad de grupos metilénicos que forman la cadena hidrocarbonada) (Herrera et
al., 2008), la mayoría de los ácidos grasos que se encuentran como glicéridos
pueden ser saturados o insaturados.
2.3.2.1. Ácidos grasos saturados
Son aquellos con la cadena hidrocarbonada repleta de hidrógenos, por lo tanto, no
tienen ningún enlace covalente doble en su estructura, se encuentran en los lípidos
y están esterificados con el glicerol, predominan principalmente en todas las grasas
y aceites, aunque se encuentran principalmente en la grasa animal existen también
productos vegetales saturados como la manteca de cacao y el aceite de palma,
cacahuete y coco (Cabezas et al., 2016).
9
2.3.2.2. Ácidos grasos insaturados
Los ácidos grasos insaturados presentan doble enlace y están presente en los
aceites vegetales. Los ácidos grasos que contienen menos hidrógenos se llaman
ácidos grasos insaturados y se caracterizan por presentar en sus estructuras uno
o más dobles enlaces, son de origen vegetal (Pantoja & Maldonado., 2012)
Figura 3. Ácido graso insaturado (Pantoja & Maldonado., 2012).
2.3.2.3. Ácidos grasos monoinsaturados
Son aquellos ácidos de cadena carbonada par y extensa que poseen una sola
insaturación en su estructura, es decir, poseen una unión doble enlace carbono-
carbono. Los ácidos grasos “cis” monoinsaturados, contienen un solo doble enlace,
son flexibles en su único doble enlace y su denominación “cis” significa que tiene
los hidrógenos al mismo lado de los carbonos del doble enlace (Velázquez, 2006).
10
2.3.2.4. Ácidos grasos poliinsaturados
Estos ácidos poseen dos o más pares de átomos de carbono “insaturados” y se
conocen como omega (); según la ubicación del grupo metilo terminal existen tres
familias: -3, -6 y - 9 (Hernandez, 2019). Entre los ácidos grasos poliinsaturados,
el más abundante es el ácido linoleíco, este ácido graso se encuentra sobre todo en
los aceites de semillas: girasol, maíz, cártamo, germen de trigo, pepita de uva y
cacahuate (Mataix & Gil, 2004).
2.3.3. Grasas tras
Son ácidos grasos insaturados que presentan al menos un doble enlace carbono–
carbono en configuración “trans” (Hernandez, 2019), se pueden obtener
11
industrialmente por hidrogenación parcial de aceites vegetales. Son sometidos a
este procedimiento para producir grasas más sólidas, más plásticas o más estables,
con la finalidad de favorecer en la textura, frescura y estabilidad a los productos
industrializados. (Aleman et al., 2009)
2.4. Propiedades físicas de los ácidos grasos.
Las grasas y aceites tienen propiedades físicas en común; ambos son solubles en
solventes no polares, menos densos en el agua, tienen altos puntos de ebullición y
bajos puntos de fusión. Sus viscosidades son altas comparada con la mayoría de
los compuestos orgánicos obtenidos de fuentes naturales. La longitud de la cadena
carbonada y la cantidad de enlaces dobles de los ácidos grasos influyen en el punto
de fusión de las grasas o aceites y es lo que determina que sean líquidos (aceite) o
sólidos (grasas) a temperatura ambiente.(Alemán et al., 2009)
2.5. Propiedades y reacciones químicas de los ácidos grasos
2.5.1. Estructura
Las grasas y aceites son triglicéridos formados a partir del glicerol y ácidos grasos.
Estos, los ácidos grasos, por lo general son distintos entre sí y pueden ser saturados
o insaturados. Los sustituyentes de los ácidos grasos pueden ser de cadenas
carbonadas desde 12 hasta 22 y 24 carbonos (Alemán et al., 2009).
Figura 5. Estructura de un éster de ácido graso (Alemán et al., 2009).
12
2.5.2. Hidrólisis básica: Saponificación
Es una reacción típica de los ácidos grasos, en la cual reaccionan con bases (NaOH
o KOH) y dan lugar a una sal de ácido graso, que se denomina jabón (Christie, 1993;
Campbell, 2004)
En la figura 6 se muestra la reacción general de saponificación de un ácido graso.
Figura 6. Reacción de saponificación (Toro & Suárez, 2012).
2.5.3. Hidrólisis ácida
Las grasas y los aceites por ser esteres (triglicéridos), se pueden hidrolizar en medio
ácido acuoso produciendo glicerol y los ácidos grasos que le dieron origen. En
condiciones apropiadas la hidrólisis da finalmente un equilibrio como el que se
describe en la siguiente figura 7. (Christie, 1993; Campbell, 2004)
Figura 7. Hidrólisis acida de una grasa o aceite (Toro & Suárez, 2012).
2.5.4. Reacciones de Adición
2.5.4.1. Hidrogenación
En los aceites predominan los glicéridos formados por ácidos grasos insaturados.
Estos, por hidrogenación se transforman en ácidos grasos saturados. Este proceso
13
transforma aceites vegetales en grasas sólidas, conocidas en el comercio con los
nombres de margarinas y mantecas. También en otras ocasiones este proceso se
utiliza para la obtención de grasas empleadas como materia prima en la fabricación
de velas, jabones y etc. (Alemán et al., 2009)
Figura 8. Reacción de hidrogenación (Alemán et al., 2009).
2.5.4.2. Adición de Yodo
Así como el doble enlace de un ácido graso no saturado puede adicionar dos
átomos de hidrógeno, también puede incorporar fácilmente a temperatura ambiente
dos átomos de yodo. La cuantificación de esta adición se conoce como Índice de
yodo (Toro & Suárez, 2012).
Figura 9. Reacción correspondiente a la determinación del índice de yodo de una grasa o
aceite por el método de Hanus (Jurado & Muñoz, 2009).
14
De acuerdo al índice de yodo los aceites se pueden clasificar en
Aceites secantes. Son aquellos que tiene índices de yodo muy
elevados que pasan de 120 (como el de linaza y los de
pescado). Son los que al exponerse a la acción del aire
absorben el oxígeno de este y forman películas transparentes
a la goma elástica.
Aceites no secantes. Son aquellos aceites que poseen índices
de yodo inferiores a 100 (oliva, maní, almendras). Son los que
al exponerse a la acción del aire se mantiene líquidos y se
espesan un poco.
intermedios. (algodón, ajonjolí, maíz). Estos aceites desecan
menos que los secantes y su índice de yodo está comprendido
entre 100 y 120 (Díaz & Amaya, 2005)
2.5.5. Oxidación
La autooxidación de las grasas y los aceites ocurre fundamentalmente debido a los
ácidos grasos insaturados a través de una serie de reacciones en cadena de
radicales libres, pueden auto oxidarse con el oxígeno del aire. Es una reacción
espontánea en la que se producen radicales peróxidos y radicales libres, muy
reactivos, que provocan en conjunto el fenómeno de enranciamiento de las grasas,
que resulta en la formación de una compleja mezcla de compuestos de olores
desagradable (Aleman et al., 2009).
2.5.6. Reacciones de esterificación y transesterificación
En la esterificación, un ácido graso se une a un alcohol mediante un enlace
covalente, formando un éster y liberándose una molécula de agua. Los ácidos
pueden ser esterificados por alcoholes en presencia de un apropiado catalizador
ácido (figura 10). El paso inicial es la protonación del ácido para dar el ión, el cual
puede sufrir una reacción con el alcohol para dar el intermediario, y este a su vez
puede perder un protón para convertirse en el éster. Cada paso en este proceso es
15
reversible, pero en presencia de un gran exceso del alcohol, el punto de equilibrio
de la reacción es desplazado para que la esterificación se realice (Christie, 1993;
Jurado & Muñoz, 2009)
Figura 10. Esterificación de ácidos grasos con catálisis ácida (Christie, 1993; Jurado & Muñoz, 2009).
La transesterificación ocurre bajo condiciones similares (figura 11). La protonación
de éster es seguida por la adición del alcohol para dar el intermediario (4) el cual se
disocia para posteriormente dar el éster (6). El agua debe ser una vez más excluida.
Las condiciones preferidas para esterificación o transesterificación de ácidos
carboxílicos son por consiguiente un exceso del alcohol con el que se quiere
esterificar y ausencia de agua (Christie,1993; Jurado & Muñoz, 2009).
Figura 11. Trans-Esterificación de lípidos por catálisis ácida (Christie,1993; Jurado & Muñoz, 2009).
2.5.7. Descomposición térmica
Por la acción del calor suave, las grasas funden, pero si la temperatura es elevada
los glicéridos se descomponen y la glicerina formada, por deshidratación, se
16
transforma en acroleína o propenal que tiene olor desagradable. (Hernandez, 2019
; Aleman et al., 2009).
Figura 12. Reacción de descomposición térmica (Aleman et al., 2009).
2.6. Caracterización fisicoquímica de los aceites
2.6.1. Color.
El color de los aceites y grasas es causado por una mezcla de pigmentos entre los
cuales se encuentran carotenos, clorofilas, luteína, licopeno, gossipol y otros. Este
método se basa en la igualación de color de la muestra con la escala Lovibond
(Turégano, 2012).
2.6.2. Densidad
Es la relación entre el peso y el volumen de una sustancia a una temperatura y
presión atmosférica definidas (Rodenbush et al., 1999). Esta es una constante que
no varía mucho para un aceite determinado cuando esta puro y fresco, pero es
afectada por la edad, rancidez y cualquier tratamiento especial que se le haga al
aceite. Los valores obtenidos se deben a diferentes ácidos grasos presentes,
aumentando cuando incrementa el peso molecular de los ácidos combinados
(Bernal, 1998).
En el caso de aceites vegetales es conocido que la densidad de dichos aceites
decrece linealmente al aumentar su temperatura. Esta relación se puede formular
como.
17
Siendo la densidad expresada en kg·m-3, T la temperatura expresada en °C, es
la ordenada en el origen y b es la pendiente cuyo valor es negativo (Riba et al.,
2010).
2.6.3. Viscosidad Cinemática
La viscosidad se puede entender como una medida de la resistencia que ofrece un
fluido a fluir. Al aumentar la temperatura de un fluido, sus moléculas en conjunto
pueden deslizarse más fácilmente (Riba et al., 2010).
La norma (ASTM D 0445_09_228) es el método más sencillo para medir
viscosidades. En este se utiliza un viscosímetro de Ostwald (tubo capilar calibrado
mediante el cual se lleva a cabo la medición precisa del flujo entre dos puntos
marcados en este) véase Figura 13. En este tipo de viscosímetros generalmente
construidos en vidrio, se determina la viscosidad de un líquido, midiendo el tiempo
de flujo (t) de un volumen dado (V) del líquido, entre dos puntos calibrados del tubo
capilar, bajo la influencia de la gravedad (Galeano & Guapacha., 2011).
Figura 13. Viscosímetro de Ostwald (Galeano & Guapacha., 2011).
18
2.6.4. Punto de fusión
Los aceites y grasas generalmente no exhiben un punto de fusión rápido y definido,
por lo tanto, el término punto de fusión no implica las mismas características que
para las substancias puras de una naturaleza cristalina definida. Las grasas pasan
a través de un estado de ablandamiento gradual antes de que estén totalmente
líquidas. El punto de fusión debe entonces definirse como la temperatura en la cual
la muestra llega a estar completamente líquida y transparente (Turégano, 2011). Es
Utilizado para caracterizar aceites y grasas, relacionándolo con sus propiedades
físicas como dureza y comportamiento térmico. En los ácidos grasos aumenta con
la longitud de la cadena y disminuye con un aumento en el número de dobles
enlaces (Graciani, 2006).
2.6.5. Índice de refracción
Es la razón de la velocidad de un rayo de luz en el vacío a la velocidad de luz a
través de la sustancia. Es igualmente la relación del seno del ángulo de incidencia
al seno del ángulo de refracción y varía con la longitud de onda del rayo de luz
refractado y con la temperatura (Montplet,1984; Toro, & Suárez, 2012). El índice de
refracción depende de la composición de la muestra, la temperatura y la longitud de
onda de la radiación utilizada. Generalmente se mide a 20, 25 o 40 grados Celsius,
tomando como referencia la línea D del sodio (589 nm), y se realizan como mínimo
dos mediciones de donde se toma la media, por lo general con cuatro cifras
decimales en un Refractómetro de Abbe. Su utilidad radica en casos como la
identificación y caracterización de líquidos puros, grasas y aceites, entre otras. En
Colombia este parámetro se determina de acuerdo a la norma colombiana
ICONTEC 286.
Los métodos gravimétricos por volatilización o destilación tienen como fundamento
la separación del analito del resto de los componentes de la muestra mediante un
procedimiento que involucra la volatilización, evaporación o destilación de
determinadas sustancias con la ayuda del calor. Finalmente se pesa con precisión
el residuo no volatilizado (NTC, 287; 2018).
19
El componente a cuantificar (analito) puede ser el residuo que finalmente se pesa o
puede ser el compuesto volatilizado. En el primer caso se habla de un método por
volatilización directo (pues se pesa directamente el analito) y en el segundo estamos
en presencia de un método por volatilización indirecto (puesto que la masa de
analito se calcula por diferencia entre la muestra inicialmente pesada (matriz) y el
residuo que queda luego de la volatilización (NTC, 287; 2018).
El agua, aunque inmiscible con el aceite puede existir en forma de emulsión
estabilizada por ciertos componentes. La humedad favorece la hidrólisis, sobre todo
en aquellos aceites cuya acidez es muy elevada. Este parámetro mide la presencia
de estos productos que deberían hacer sido eliminados en una filtración y
decantación adecuada (ASTM, 2011).
2.6.7. Índice de Acidez
El índice de acidez representa la cantidad en mg de hidróxido potásico necesaria
para la neutralización de los ácidos grasos libres presentes en un gramo de grasa.
El resultado de la titulación con álcali en presencia de fenolftaleína se puede
expresar también como porcentaje de ácido oleico (C18H34O2) (ICONTEC 218.
(Jurado & Muñoz, 2009).
El índice de acidez es una medida del contenido en ácidos grasos libres presentes
en grasas y ácidos grasos; además de los ácidos grasos libres, se determinan los
ácidos minerales que pudiera haber. El conocimiento del contenido de ácidos grasos
libres sirve como prueba de pureza y en ocasiones permite extraer conclusiones
acerca del tratamiento o reacciones de degradación que se hayan producido
(Matissec et al.,1992).
2.6.8. Índice de Saponificación
El índice de saponificación (IS) representa la cantidad en miligramos de KOH
necesaria para la saponificación de un gramo de aceite o grasa. Es una medida de
los ácidos grasos libres y combinados que existen en la grasa y es directamente
proporcional a su masa molecular media: cuanto menor sea la masa molecular
media de los ácidos grasos presentes (es decir, que contenga una mayor proporción
de ácidos grasos de cadena corta), mayor será el índice de saponificación. Este
20
parámetro se utiliza para comprobar la pureza de las grasas y aceites (Matissec et
al.,1992). Se determina según la norma ICONTEC 335.
2.6.9. Índice de Yodo
Representa el número de gramos de yodo absorbidos por cien gramos de aceite o
grasa. La determinación del índice de yodo, consiste en someter una cantidad
exactamente pesada de la muestra a la acción del reactivo de Hanus (solución de
yodo bromuro en ácido acético) y luego de un tiempo determinado valorar el yodo
en exceso, mediante el empleo de solución de tiosulfato de sodio y se expresa como
(cg/g), (Díaz & Amaya, 2005). Esta determinación es quizá el mejor método para
clasificar los aceites, pues permanece casi inalterada por ligeros cambios en el
estado del mismo, además, permite caracterizar la muestra dando una base para
saber si es pura o si se encuentra mezclada (Jurado & Muñoz, 2009).
El índice de yodo puede variar ligeramente con la edad y la forma de conservación
de las materias grasas. Generalmente los materiales viejos y mal conservados
tienen un valor inferior al mismo material fresco y bien conservado. Esta variación
es más crítica para los aceites secantes que absorben fácilmente el oxígeno del aire
(Díaz & Amaya, 2005). Se determina según la norma ICONTEC 283.
2.6.10. Índice de peróxidos
El índice de peróxido mide el estado de oxidación primaria que ha sufrido la grasa
o aceite, expresa el número de mili equivalentes de oxígeno por kilogramo de grasa,
se forman en los puntos de insaturación de las cadenas de carbonos de los ácidos
grasos formando peróxidos, lo cual genera la oxidación de las grasas, esta es una
de las principales causas de su deterioro, y da lugar a la aparición de olores y
sabores desagradables, conocidos como enranciamiento (Díaz & Amaya, 2005
Jurado & Muñoz, 2009) y se determina según la norma ICONTEC 236.
2.7. Usos y aplicaciones de los aceites vegetales
En la industria alimentaria el uso y aplicación de las grasas y aceites vegetales es
indispensable, sobre todo en la elaboración de productos comestibles donde la
grasa es el principal constituyente de las margarinas, mantequilla, grasas de
repostería, aceites para ensaladas y para cocinar. La industria de grasas
21
comestibles es la principal consumidora de grasas y aceites animales y vegetales
Dado a sus características las grasas y aceites aportan consistencia, textura y sabor
a diferentes alimentos industrializados (Aleman et al., 2009).
Desde tiempos Antiguos los aceites no solo han estado presente en las artes
culinarias, también han servido para uso cosmético y en la fabricación de velas,
jabones cremas y ahora en biocombustibles (Rojas, 2019).
2.7.1. Elaboración de pinturas, gomas y barnices
El aceite de linaza es un aceite “secante”, es decir, se oxida con mucha facilidad,
dando un barniz transparente, por lo que se emplea desde hace siglos en pintura
artística. Aunque ocasionalmente, se ha utilizado en alimentación, y se vende
regularmente como suplemento dietético en algunos países (Bravo & Cardona,
2009).
2.7.2. Elaboración de jabones
Los jabones son las sales de los ácidos grasos y se producen por saponificación de
los triglicéridos con álcalis, normalmente, hidróxido sódico y potásico.
Las materias primas más importantes para fabricar jabón son el sebo y el aceite de
coco. Se emplean también otros materiales como el aceite de palma y aceite de
palmiste, otro que puede utilizarse en la fabricación de los jabones es la manteca
de semilla de mango además de que sirve como un sustituto de la manteca de
cacao. Si es preciso, los aceites pueden tratarse antes de la saponificación, por
ejemplo, decolorarse con tierra de batán para eliminar impurezas coloreadas o, en
el caso de aceites con un elevado contenido en triglicéridos no saturados,
hidrogenarse parcialmente para mejorar el color y la estabilidad (Aleman et al.,
2009)
2.7.3. Usos cotidianos como la elaboración de las comidas
Generalmente se utilizan los aceites de origen vegetal para la elaboración de las
comidas y/o aderezar las ensaladas, estos son muy ricos en ácidos grasos
insaturados y también son fuentes de vitaminas como es el caso del aceite de
girasol; que contiene vitamina E (Rojas, 2019). Otros que se utilizan a diario por sus
22
características saludables son el aceite de maíz, aceite de oliva, este último tiene
propiedades especialmente beneficiosas para la salud del cual existen diversas
variedades: virgen, extra virgen, de oliva y de orujo. Este aceite comestible tiene el
contenido más alto en vitamina E, entre las cualidades del aceite de oliva virgen
están el ser un regulador del colesterol y prevenir así la arteriosclerosis (Aleman et
al., 2009).
2.7.4. Elaboración de margarinas y mantequillas
Mantequilla y margarina son grasas diferentes y no se puede decir que una sea
mejor que otra, si bien es cierto que las margarinas de alto contenido en grasas
insaturadas son más recomendables que la mantequilla dentro de una dieta de
control de colesterol Aceites y grasas de origen vegetal constituyen la materia prima
de las margarinas. Las margarinas tienen también grasas saturadas, pero menos
que la mantequilla y no contienen colesterol. Las más adecuadas son aquellas que
contienen en menor proporción grasas "trans" e hidrogenadas. La margarina rica en
fitosteroles está indicada para las personas con problemas de colesterol alto en la
sangre (Valenzuela, et al., 2010).
Un ejemplo de estos aceites es el aceite de sésamo en el que el ácido graso
predominante es el linoléico (alrededor del 45%) seguido del oleico (40%) y
pequeñas cantidades de ácido palmítico (10%) y esteárico. El aceite de sésamo es
relativamente resistente a la oxidación, más de lo que podría esperarse dado su alto
grado de insaturación, debido a la presencia de antioxidantes naturales, como el
sesamol (Aleman et al., 2009).
2.7.5. Elaboración de productos cosmetológicos
Desde hace tiempo que se conocen las cualidades de muchos ácidos grasos y otros
componentes presentes en los aceites vegetales, cabe destacar la gran cantidad de
principios activos que estos contienen y se han identificado en las semillas
oleaginosas. Muchos de estos componentes se encuentran todavía en el aceite de
cocina o de ensalada, mientras que otros desaparecen parcial o completamente
durante el proceso de refinado (Amaya et al., 2007).
23
Estos aceites vegetales contienen ácidos grasos insaturados, los cuales son
materias de gran poder emoliente y rápida absorción, con propiedades
dermatológicas comprobadas. Tienen una excelente afinidad con la piel y no son
oclusivos ni comedogénicos (Amaya et al., 2007).
Un ejemplo de estos usos es el aceite de aguacate (Persea gratissima) que se utiliza
como un aceite “sofisticado” para aderezo de ensaladas, elaboración de cremas,
shampoo, mascarillas para el rostro, aceites para masajes relajantes, etc. Otro
aceite que se utiliza en esta área es el de linaza para la elaboración de cremas
exfoliantes. (Aleman et al., 2009).
2.7.6. Elaboración de productos farmacéuticos
Las distintas utilidades que presentan los aceites vegetales han despertado un gran
interés en los investigadores expertos de este campo debido a la composición
fenólica y actividad antioxidante asociada que estos presentan. Entre los fenoles a
destacar se han detectado hidroxitirosol en aceites de oliva, resveratrol en aceites
de frutos secos o sesamol en aceite de semillas de sésamo. Cabe destacar que
algunas propiedades de los aceites sirven en la elaboración de jarabes (Aleman et
al., 2009).
2.7.7. Elaboración del biodiesel
El biodiesel es un biocarburante renovable compuesto por esteres metílicos o
etílicos de ácidos grasos de cadena larga; producido a partir de aceites vegetales o
grasas animales. Es un líquido casi incoloro que tiene propiedades similares al
diésel obtenido en base al petróleo que son una alternativa viable para sustituir a
las gasolinas y gasóleos. En el caso de que los esteres que componen el biodiesel
sean metílicos, se denominan usualmente como FAME, que son las siglas de los
esteres metílicos de ácidos grasos en inglés (Fatty Acid Methyl Ester). Se obtiene
en la reacción química del metanol con aceites vegetales (colza, girasol, soja,
palma). No contiene azufre y, respecto al diésel derivado del petróleo, disminuye las
emisiones de gases de efecto invernadero (CO2), de monóxido de carbono (CO), de
partículas móviles (PM) y de otros productos contaminantes (Galeano & Guapacha.,
2011).
24
Figura 14. Mecanismo de Transesterificación para obtención de biodiesel (Galeano & Guapacha., 2011).
Tabla 1. Principales materias primas para la producción de biodiesel. (Galeano & Guapacha., 2011).
Tipo de
Palma africana 0.92 267 39.6 0.1
Nuez 0.90 271 22.7 3
Maíz 0.91 277 34.9 0.11
Aceite no
25
3. CAPITULO II. MÉTODOS DE EXTRACCIÓN DE ACEITES DE SEMILLAS
OLEAGINOSAS
Las oleaginosas son plantas cuyas semillas tienen un elevado contenido de aceite,
este término se aplica a todas aquellas semillas que pueden ser procesadas para
obtener aceite (Torres, A.; 2018).
Las principales semillas oleaginosas son:
Fruto de palma africana (Elaeis guineensis)
Fruto de olivo (Olea europea)
semilla de soja (Glycine max, L., Merr.)
Semilla de algodón (Gossypium)
Germen de maíz, (embriones de Zea mays L.).
Semilla cártamo (Carthamus tinctorius L.).
Semilla de maní (A rachis hypogaea L.).
Estas son las semillas oleaginosas más conocidas y comercializadas. (Martínez,
2005; Pons, 2015).
3.1. Pre-tratamiento de las semillas
Realizando un tratamiento previo a las semillas para luego ser sometidas a los
diferentes métodos de extracción esto ayuda a mejorar el rendimiento en la
obtención de aceites (Meyer,1996 ; Pantoja & Maldonado, 2012)
Las semillas acondicionan previamente de la siguiente forma:
3.1.1. Limpieza
EI primer proceso previo a la extracción del aceite es la limpieza de las semillas,
con lo cual se logra eliminar los objetos no deseados de la materia prima. En
26
general, se utilizan cribas planas o tambores rotatorios, eliminándose residuos de
estacas, tallos, hojas y demás desechos, al igual que la tierra y la suciedad. Cuando
existen partículas de hierro se usan imanes electromagnéticos, instalados en cintas
transportadoras (Bailey, 2001).
3.1.2. Secado de las semillas
Para secar la materia prima, generalmente las semillas se coloca a exposición solar:
este proceso es realizado con tres finalidades: dar a las semillas la plasticidad que
requieren para un prensado eficaz, insolubilizar de los fosfatos y destruir de
bacterias y mohos (Valderrama,1994; Bailey, 2001).
3.1.3. Trituración de las semillas
La trituración de las semillas oleaginosas facilita la extracción del aceite por
prensado o por acción de los disolventes. Diferentes estudios y pruebas
experimentales han revelado que las semillas trituradas muy finas facilitan la
extracción por medio de disolventes, ya que existe un menor recorrido entre el
disolvente y el aceite, dentro y fuera de la semilla (Bailey, 2001).
El factor que regula la velocidad de extracción del aceite es la resistencia interna de
las partículas a la difusión molecular del aceite y el disolvente (Bailey, 2001).
Para la trituración de las semillas se utilizan los molinos de martillos o cizallas, pero
cuando se trabajan con semillas duras como las copras y babassú se emplean
usualmente los molinos de rodillos o molinos de fricción por discos, ya que son más
económicos (FAO/OMS, 1993; Bailey, 2001).
3.1.4. Tratamiento térmico de las semillas oleaginosas
Antes de proceder al proceso de extracción de los aceites, se somete a las semillas
a un tratamiento térmico, es decir, la cocción, con el fin de coagular las proteínas de
las paredes de las células oleaginosas y hacerlas permeables al paso del aceite
(Valderrama, 1994; Bailey, 2001).
27
Además, el proceso térmico de cocción ayuda a inactivar las enzimas lipolíticas que
ocasionan la degradación del aceite, afectando a la calidad nutricional y
organoléptica de los aceites (FAO/OMS, 1993).
Estudios han comprobado que el aceite de las semillas oleaginosas es extraído con
mayor facilidad por prensado mecánico, cuando han sido sometidas previamente a
un proceso de cocción; uno de los efectos de la cocción es unir las pequeñas gotas
en otras mayores que puedan fluir más fácilmente de las semillas.
Los objetivos del proceso de cocción son los siguientes (Bailey, 2001).
a) Coagulación de las proteínas de las semillas: agrupando aceites
dispersos y convirtiendo a los sólidos de las semillas permeables al flujo
de aceite.
b) Reducción de la afinidad del aceite hacia las superficies de los sólidos
para alcanzar el máximo rendimiento en el prensado.
3.2. Métodos de extracción de los aceites vegetales
Para obtener los aceites de semillas oleaginosas se parte de las semillas
preferentemente maduras y previamente tratadas, que suelen contener hasta un
30% más de aceite que las mismas semillas verdes (Balboa, 2015). Existen diversos
métodos para la extracción de aceites vegetales comestibles; algunos de ellos se
emplean principalmente a nivel industrial, y otros a escala laboratorio y piloto.
Dependiendo de la materia prima, se aplican diferentes métodos de extracción, por
ende, se obtienen aceites de calidades y porcentajes diferentes, todo depende de
los métodos de extracción adecuados (Cefla, 2015).
3.2.1. Prensado
El prensado es una operación unitaria que se basa en la separación del líquido, de
un sistema de dos fases sólido-líquido mediante la compresión. El prensado se
distingue de la filtración en que la presión se aplica mediante el movimiento de las
paredes de retención en vez de emplear el bombeo del material a un espacio fijo
(Balboa, 2015)
a) Prensado Discontinuo: Tipo de prensa utilizado en la antigüedad,
prensa que permitía extraer aceites vegetales de consumo humano,
aplicando presión a la masa de materia prima empaquetadas en
mallas, bolsas u otros envases. Las prensas antiguas estuvieron
diseñadas con tornillos, cuñas, palancas, etc.; pero el más utilizado
fue el sistema hidráulico (Valderrama,1994). Se clasifican en dos
grupos: tipo abierto y tipo cerrado.
Figura 15. Esquema de una prensa hidráulica artesanal (Torres, 2018).
Prensas discontinuas tipo abierto: Prensa que tiene por
característica colocar las semillas en filtros de tela. Conformada
por 4 columnas verticales dentro de una jaula abierta, con
placas horizontales, espaciadas entre 0,075 a 0,125 m. en la
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parte posterior existe una placa de fondo, más pesada. La
presión se ejerce cuando se levanta el vástago haciendo fluir el
aceite recepcionandose en una bandeja debajo del bloque
(Valderrama,1994; Bailey, 2001).
Figura 16. Esquema de dispositivos de cajetines para el empleo en prensas de tipo abierto (Bailey, 2001).
Prensas discontinuas tipo cerrado Prensa en la cual la muestra
o semilla no están en filtros o bolsas, por lo que son colocadas en
la jaula. Alcanza altas presiones que las tipo abiertas, ideales para
semillas de corteza dura, con alto contenido de aceite y baja fibra
como son la copra y el palmiste (Plank, 2005).
Posee jaulas redondas o cuadradas, en su estructura tiene barras
muy próximas entre sí o de placas con ranuras. Tiene un ducto por
donde se recepciona el aceite extraído. Este ducto aumenta su
diámetro de dentro hacia afuera, para evitar la obstrucción con
residuos sólidos de la materia prima. Funciona presionando un
pistón de abajo hacia arriba infringiendo presión por medio de un
vástago que trabaja hidráulicamente. (Bailey, 2001).
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Figura 17. Prensa de jaula tipo cerrado (Bailey, 2001).
b) Prensado continuo: La prensas expeler o de tornillo son las más
comunes, soportan altas presiones normalmente se puede dar 2 o 3
prensadas a la muestra incrementando la presión en cada una de
las repeticiones (Bailey, 2001).
Hay variedades de prensas continuas siendo las principales dos
diseños de prensa diferenciándose una de la otra por la forma del
tornillo el tipo de boquilla, la salida del aceite y de la torta residual
(Beerens, 2007).
Prensa filtro (Strainer press) Prensa que se asemeja a un
colador, llena de orificios y con un tornillo que gira en una jaula de
acero, el aceite sale por un espacio que se ubican entre las barras
de acero (Beerens, 2007).
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El tornillo está diseñado para evacuar el aceite por el extremo de
la alimentación hacia la descarga. La torta sale en forma de
escamas por la boquilla (Beerens, 2007).
Figura 18. Esquema de la prensa filtro utilizada para la extracción de aceites vegetales comestibles (Beerens, 2007).
Prensa cilindro con agujeros (Cylinder-hole press): esta prensa
funciona de la siguiente manera. se alimenta por una tolva la
metería prima, el tornillo sin fin transporta y comprime la materia
prima; están equipadas con sistemas de calentamiento
(resistencias eléctricas), para incrementar la temperatura de la
muestra logrando reducir la viscosidad del aceite de las semillas,
el diámetro por donde pasa el tornillo sin fin se incrementa
ocasionado que las semillas trituradas se compacten y aumente la
presión; luego se expulsa la torta por la boquilla del cilindro y el
aceite es expulsado por agujeros perforados en el cilindro de la
prensa. (Shahidi, 2005).
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Figura 19. Esquema de la prensa cilindro con agujeros utilizada para la extracción de aceites vegetales comestibles (Beerens, 2007)
c) Prensado en frio El proceso de extracción del aceite por prensado
en frío, utiliza las semillas sin impurezas, las mismas que se muelen
hasta obtener el aceite por un lado y los desperdicios (pasta) por
otro. (Collao et al., 2007).
Una vez acondicionadas (pre-tratamiento 25-35°C) las semillas, se
procede a prensarlas, una de las alternativas existentes, es colocar
las mismas, dentro de un saco de tela filtrante para extraer la mayor
cantidad posible de aceite. La carga de la prensa debe ser rápida,
para evitar que las semillas se enfríen y que pierdan el efecto
deseado (Aravena, 2000). Las presiones (hasta 60 toneladas) a las
que se realizan los ensayos son distintas dependiendo del tipo de
prensa y semilla que se utilice. Generalmente se manejan tiempos
de 5, 15 y 30 minutos. El procedimiento consiste en colocar las
semillas en el cilindro extractor, para ser sometidas lentamente a la
presión requerida, con la ayuda de la palanca de activación que
mantiene la presión constante durante el tiempo correspondiente
para el ensayo, el cual se controla mediante el uso de un
cronómetro. (Hernández, 2007).
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Durante el prensado no se debe bajar la presión para evitar que la
torta reabsorba el aceite. El tiempo de prensado está en función de
la presión máxima ejercida sobre la torta y de la velocidad de
escurrimiento del aceite. Cabe recalcar que por la viscosidad del
aceite, este tiene una lenta velocidad de escurrimiento (Aravena,
2000).
La presión en frío, es un modo de extracción exclusivamente
mecánico que se realiza a baja temperatura (temperatura máxima
de 45°C) preservando de este modo la proporción de ácidos grasos
esenciales, vitaminas y antioxidantes naturales (Almazora, 2010).
Las ventajas del prensado en frío se resumen en que se obtiene un
producto con una densidad más uniforme, requiere herramientas
menos costosas y es aplicable a cortas corridas de producción.
(Groover, 2002).
3.2.2. Extracción con solventes
La extracción por solventes es una operación que tiene por finalidad la
separación de uno o más componentes contenidos en una fase sólida, mediante
la utilización de una fase líquida o disolvente. Entre más grande sea la superficie
de contacto entre la parte sólida y el líquido que le atraviesa aumenta la
eficiencia de la extracción y para esto es necesario someter a la parte sólida
(muestra) a un pre-tratamiento (Primo, 2007).
Los componentes de este sistema son los siguientes:
Soluto: Son los componentes que se transfieren desde el sólido hasta en
líquido extractor.
Sólido Inerte: Parte del sistema que es insoluble en el solvente.
Solvente: Es la parte líquida que entra en contacto con la parte sólida con el
fin de retirar todos los compuestos solubles en ella (Primo, 2007).
La extracción de los aceites vegetales mediante solventes es un método muy eficaz,
ya que puede reducir el contenido de aceite de las semillas hasta menos de un 1%,
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este método es muy utilizado cuando se emplean semillas con bajo contenido de
aceite (Bailey, 2001; Torres, 2018).
La extracción con solventes alcanza mayores rendimientos cuando se trabaja en un
sistema continuo, en contracorriente, en los que el disolvente y las semillas entran
en contacto entre sí por corrientes que se mueven continuamente en direcciones
opuestas (Bailey, 2001; Cefla, 2015).
En la industria se utiliza maquinaria especializada como los extractores Bollman y
Smet; sin embargo, estos aparatos funcionan con el mismo principio que el extractor
Soxhlet (utilizado a nivel de laboratorio); es decir, consiste en el lavado sucesivo de
una mezcla sólida, con un determinado solvente, que va extrayendo de la mezcla
los componentes más solubles (Fernández, 2001).
3.2.2.1. Extractor Bollman:
El extractor Bollman tiene un mecanismo altamente calificado para la extracción de
aceites. Este equipo cuenta con un conjunto de cangilones (especie de pequeños
baldes), de fondo perforado que giran en el sentido de las manecillas del reloj,
mientras que un solvente cae sobre los sólidos (muestra) depositados en el interior
de los cangilones (Vega, 2004).
La cadena de cangilones gira dentro de una carcasa hermética, para impedir la fuga
del disolvente. Los cangilones son alimentados automáticamente por una caja
situada en la parte superior de la maquinaria. Primeramente, se riega con un
extracto de baja concentración. Luego, con un extracto de mediana concentración
y finalmente con el disolvente puro. En el proceso se utilizan altas temperaturas
(100°C aproximadamente) (Bagué, 2006).
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Figura 20. Esquema del equipo de extracción por solventes (extractor Bollman) (Vega, 2004).
3.2.2.2. Extractor de Smet
El extractor de Smet, es uno de los aparatos más manipulados para la producción
de aceites. El equipo está constituido por un cuerpo horizontal, provisto con
aberturas de gran diámetro por donde es fácil el acceso de los materiales. En el
interior del aparato hay una banda o cinta transportadora impulsada por un motor
con una variadora de velocidad, la muestra circula por la cinta transportadora, donde
queda sometida a un rociado intenso del disolvente (Sánchez, 2003).
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Este tipo de extractores cuenta además con una bomba centrífuga, que lo que hace
es recoger el solvente utilizado y lo recicla, devolviéndolo al proceso.
Posteriormente, se procede a la destilación para separar el aceite del solvente y a
su vez la materia prima agotada se seca y tuesta para recuperar el resto del
solvente. Se trabaja a una temperatura de 100° C y 10% de humedad (Navarro,
2000).
Figura 21. Esquema del equipo de extracción por solventes (extractor de Smet) (Sánchez, P.; 2003).
3.2.2.3. La extracción soxhlet
Es la técnica más antigua para la extracción de analitos desde una matriz sólida a
una matriz líquida. La extracción exhaustiva de componentes orgánicos en este
sistema se lleva a cabo usando un disolvente orgánico, el cual refluye a través de
la muestra contenida en un dedal poroso de celulosa o vidrio. El matraz inferior se
calienta y evapora el disolvente, que pasa a través del condensador (Figueroa,
2013).
Cuando el disolvente se condensa, cae gota a gota en el depósito interior, donde se
encuentra el sólido sobre el que se ha de realizar la extracción. El disolvente caliente
contacta con el sólido y empieza a producirse la transferencia de masa hacia el
líquido. El disolvente condensado se acumula en el receptáculo interior del extractor
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y, cuando el nivel alcanza el de la válvula interior, el líquido es succionado y devuelto
al matraz inferior. El matraz inferior continúa calentándose y el disolvente es
destilado de nuevo, repitiéndose así el proceso durante el tiempo necesario,
normalmente varias horas, lo que da lugar a decenas de ciclos de extracción.
(Figueroa, 2013).
Dado que el punto de ebullición del analito siempre será superior al disolvente
empleado, el disolvente destilado no contiene cantidades importantes de este, con
lo que nunca se alcanzará el límite de solubilidad del analito en el depósito interior
y, por lo tanto, la transferencia de masa desde el sólido hasta el disolvente se estará
produciendo hasta que prácticamente desaparezca de la matriz. Esto hace que la
extracción soxhlet sea un proceso muy eficaz de extracción sólido-líquido (Figueroa,
2013).
Dada la alta eficacia de la extracción soxhlet, este método se utiliza como referencia
para contrastar resultados de extracciones con otros métodos (Figueroa, E.; 2013).
Figura 22. Esquema del equipo de extracción por solventes (Soxhlet) (Gracia, 2001)
Para la extracción con Soxhlet se deben tener en cuenta: la selección del solvente,
la matriz sólida y las condiciones de operación.
Selección del solvente
Debe seleccionarse un solvente conveniente de tal forma que ofrezca
el mejor balance de varias características deseables (Cefla, 2015).
Alto límite de saturación y selectividad respecto al soluto por extraer,
capacidad para producir el material extraído con una calidad no
alterada por el disolvente, estabilidad química en las condiciones del
proceso, baja viscosidad, baja presión de vapor, baja toxicidad e
inflamabilidad, baja densidad, baja tensión superficial, facilidad y
economía de recuperación de la corriente de extracto y bajo costo
(Cefla, 2015).
específicos. El hexano, éter etílico, pentano, metanol, éter dimetilico,
diclorometano, heptano, acetona, etanol, octano, cloroformo, son los
disolventes más utilizados a nivel industrial pero el más usado por
cuestiones económicas es hexano (Valderrama,1994). El hexano
tiene un rango en el punto de ebullición bastante estrecho, de
aproximadamente 63– 69º C y es un excelente solvente de los aceites
en lo que se refiere a su solubilidad y facilidad de recuperación. Sin
embargo, el n-hexano, el elemento principal del hexano comercial,
está ubicado como el número uno en la lista de los 189 contaminantes
del aire más riesgosos por la Agencia Americana de Protección del
ambiente (Cefla, 2015).
características de la matriz y de las dimensiones de las
partículas puesto que la difusión interna puede ser el paso
limitante durante la extracción. Ya que cuanto más pequeñas y
homogéneas sean estas, mayor será la superficie interfacial y
más se favorecerá la operación de transferencia de masa. Sin
embargo, tamaños excesivamente pequeños pueden hacer que
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2015).
normalmente por evaporación. Las temperaturas de extracción y
evaporación tienen un efecto significativo en la calidad final de los
productos. Las altas temperatura de ebullición para la